500kV聊城變電站超規(guī)模擴建方案及綜合效益研究

朱春萍 沙志成 朱子釗

山東電力工程咨詢院有限公司 山東 濟南 250013

0 引言

近年來伴隨經(jīng)濟快速發(fā)展，山東全社會用電負荷持續(xù)增長，需要不斷新增500kV 主變?nèi)萘亢偷貐^(qū)電源來滿足供電需求。 與此同時，隨著電源和電網(wǎng)密集程度的增加，可用的土地資源逐步減少，電網(wǎng)建設(shè)的難度日益增大。 以聊城地區(qū)為例，2010 年片區(qū)全社會最高負荷達到2479MW，已出現(xiàn)電力不足現(xiàn)象，迫切需要新增500kV 變電容量或220kV 電源以增加供電能力。然而所在聊城地區(qū)土地資源較為稀缺，新建變電站面臨征地困難、成本高昂等系列問題。 這種情況下，著眼于提高電網(wǎng)工程的綜合效益、挖掘電網(wǎng)供電潛力，實現(xiàn)集約、高效的電網(wǎng)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

為此，本文提出在合適的區(qū)域利用500kV 變電站超規(guī)模擴建以增強片區(qū)電網(wǎng)供電能力的方法，即在原有500kV 站已達到設(shè)計規(guī)模的基礎(chǔ)上，利用站址旁邊空余場地，進行500kV 主變擴建，新擴建主變與原有主變共用一組500kV 母線。考慮到目前山東省內(nèi)500kV 站設(shè)計規(guī)模一般為4臺主變， 超規(guī)模擴建主要是指對該站點進行第3～4 臺主變擴建的工程。

500kV聊城變超規(guī)模擴建作為山東首個工程實例即將投運。本文將在介紹此工程方案和特點的基礎(chǔ)上，對比分析超規(guī)模擴建與傳統(tǒng)新建500kV 站點在技術(shù)合理性和綜合經(jīng)濟效益的差異。由于超規(guī)模擴建還受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、場地情況等條件限制，本文還進一步討論了方案設(shè)計中需要關(guān)注的若干問題，以期為今后的推廣應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 聊城電網(wǎng)情況及建設(shè)需求

聊城電網(wǎng)位于山東電網(wǎng)的西部，現(xiàn)已初步形成了以500kV聊城站為中心、 通過500kV聊城站向周圍輻射220kV線路供電的輻射型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 截止2010年底，聊城電網(wǎng)內(nèi)擁有500kV變電站1座，即聊城站，變電總?cè)萘?500MVA；220kV變電站12座，變電總?cè)萘?810MVA；220kV線路24條， 線路長度644km。

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，聊城市的用電量及用電負荷也隨之較快增長。2010年全社會用電量達到229.42億kWh，網(wǎng)供最大負荷達到1870MW，預(yù)計2015年全社會用電量達到390億kWh， 網(wǎng)供最大負荷達到3700MW，“十二五”期間年平均遞增分別為11.20%和14.62%。 隨著網(wǎng)供負荷的持續(xù)增長，其220kV電網(wǎng)電力缺額逐年增加；預(yù)計2013年電力缺額1525W～2125MW，共需500kV變電容量3825MVA，電力供應(yīng)明顯不足，迫切需要新增500kV 變電容量或220kV 電源以增加片區(qū)供電能力。根據(jù)目前掌握的情況，聊城沒有已核準及同意開展前期工作的電源建設(shè)項目，因此該片電網(wǎng)只能通過新增500kV 主變?nèi)萘浚瑥?00kV 電網(wǎng)受電來滿足供電需求［1］。

2 建設(shè)方案比較

2.1 500kV聊城站概況

聊城500kV 變電站位于山東省聊城市西北15km的梁水鎮(zhèn)， 進站道路從站區(qū)西側(cè)聊臨公路引接，長度107m。 該變電站已于2004年6月建成投運。

聊城站規(guī)劃主變?nèi)萘?×750MVA，采用單相自耦無勵磁調(diào)壓變壓器組；500kV規(guī)劃出線8回（辛安2回、長清2回、聞韶2回、聊城電廠2回），采用一個半斷路器接線型式，8線2變組成5個完整串，現(xiàn)已全部建成。 220kV規(guī)劃出線16回，現(xiàn)有出線14回，雙母線雙分段接線。

500kV配電裝置布置在站區(qū)北側(cè)，向東、西兩個方向出線；8回線路及2回主變進線均已建成；現(xiàn)主變與500kV 配電裝置之間距離未考慮第3、4臺主變經(jīng)斷路器接入母線的縱向空間；220kV配電裝置布置在站區(qū)南側(cè)，向南出線；220kV配電裝置東、西兩側(cè)均具有擴建空間。 主控通信樓布置在站區(qū)西側(cè)，從西側(cè)進站。 該變電站工程已按最終規(guī)模一次征地，圍墻內(nèi)占地面積6.32公頃，全站總征地面積6.86公頃（103畝）。

2.2 供電方案選擇

對于聊城地區(qū)這種單獨成片的電網(wǎng)， 新增500kV 變電容量有兩個途徑：一是新建500kV 變電站，二是現(xiàn)有500kV 變電站擴建。

方案一：在聊城站東南部郝集鄉(xiāng)東建設(shè)500kV郝集變電站， 規(guī)劃由500kV聊城～長清雙回線路開斷接入實現(xiàn)與主網(wǎng)的聯(lián)系。 220kV側(cè)考慮將耿莊、華興熱電及茌平電網(wǎng)現(xiàn)有的部分機組 （信發(fā)希望、茌平熱電）接至500kV郝集變電站，主要接帶東阿縣的負荷，且與聊城站220kV開環(huán)運行，屆時聊城地區(qū)將由兩座500kV 變電站分片獨立供電。

方案二： 根據(jù)500kV聊城站的總平面布置，經(jīng)方案優(yōu)化， 聊城站打開圍墻東西方向超規(guī)模擴建2臺750MVA主變。 新建主變500kV側(cè)經(jīng)斷路器架空接入現(xiàn)有的500kV母線，西側(cè)擴建的主變需布置在主控樓以西；220kV配電裝置東西兩個方向各擴建1個主變進線間隔，擴建后220kV母線分段運行，僅通過外部220kV 電網(wǎng)相連［2］。

2.3 方案比較

從潮流上看，兩個方案均能夠滿足各種運行方式下，各廠站的送受電需求。從短路計算結(jié)果看，方案一減少了并入聊城站220kV的裝機容量，降低聊城站220kV側(cè)三相接地短路電流2.8kA左右，聊城站220kV側(cè)三相、單相接地短路電流分別為46.764kA、44.729kA。郝集站220kV側(cè)三相、單相接地短路電流分別為39.423kA、42.679kA。 方案二為避免主變阻抗不匹配及限制聊城站東段母線短路水平，可結(jié)合聊城站擴建主變工程，在站內(nèi)進行主變搬遷，最終形成西側(cè)兩臺主變阻抗為12%、東側(cè)兩臺主變阻抗為16%，可將聊城站短路電流限制在50kA以內(nèi)。

新建500kV郝集變電站， 將聊城電網(wǎng)機組、負荷劃分為兩大供電區(qū)域，聊城電網(wǎng)的裝機可分散接入聊城站、郝集站，有利于華興熱電6×300MW機組的安全穩(wěn)定運行?？紤]到華興負荷項目在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生氯氣等有害氣體，郝集站同時為華興負荷提供備用是必要的。 但該方案近期存在的問題是，近期變電站僅帶耿莊站的負荷、負荷較輕，變壓器利用率低，同時電網(wǎng)投資較大。

聊城站超規(guī)模擴建方案， 也將聊城電網(wǎng)機組、負荷劃分為兩大供電區(qū)域，聊城電網(wǎng)分散接入聊城站南北兩側(cè)的220kV配電裝置，但最終仍是接入同一變電站。 這樣，對聊城站的安全可靠運行要求較高。 由于兩段母線通過蔣莊站存在電氣聯(lián)系，對220kV電網(wǎng)供電有一定保證， 且從建設(shè)規(guī)模上看，該方案不增加220kV出線間隔，投資較省。

3 綜合經(jīng)濟效益分析

滿足供電需求和技術(shù)可行性的前題下，應(yīng)充分發(fā)掘電網(wǎng)工程在資源節(jié)約、施工復(fù)雜性、投資效益、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面的潛力。相較新建500kV 變電站的供電模式，采用500kV 超規(guī)模擴建供電模式具有明顯優(yōu)勢。

3.1 減少工程投資

超規(guī)模擴建模式可直接減少場地使用及建設(shè)費用， 節(jié)約新建500kV 配電裝置及500kV 線路費用，顯著降低了500kV 系統(tǒng)初投資。 以聊城超規(guī)模擴建為例，相較新建500kV 郝集變電站模式工程投資建設(shè)約3.3億元， 折算成年費用每年節(jié)約3000 萬元。

3.2 提升區(qū)域供電能力

通過超規(guī)模擴建， 該片電網(wǎng)增加1500MVA 500kV 主變?nèi)萘?，使得該片電網(wǎng)的最大供電能力由900MW 提高至2250MW， 最大供電能力提高了2.4倍，充分發(fā)揮了電網(wǎng)的規(guī)模效益。

3.3 土地集約利用

超規(guī)模擴建主變與原有主變共用現(xiàn)有的500kV 母線及間隔，且不需新建500kV 線路，節(jié)省了大量土地資源和建設(shè)費用，可以顯著減少對社會資源的占用。

3.4 降低施工難度

在聊城市區(qū)附近新建500kV 線路的施工難度較大，新建500kV 線路通道不能跨房屋建設(shè)。 一旦涉及房屋拆遷，協(xié)調(diào)溝通過程繁瑣，工期一般難以控制。采用500kV 超規(guī)模擴建方式降低了工程施工難度，有利于電網(wǎng)企業(yè)掌握主動，確保施工質(zhì)量和進度。

4 超規(guī)模擴建需關(guān)注的若干問題

4.1 500kV 系統(tǒng)接入方案

超規(guī)模擴建須配套提升500kV 系統(tǒng)接入可靠性。 采用500kV 變電站超規(guī)模擴建方案后，該變電站將成為該片區(qū)內(nèi)最大的220kV 電源點，4 臺500kV 主變將降壓約2000～2500MW， 因此該站點的500kV 系統(tǒng)接線方案對該片電網(wǎng)的供電可靠性至關(guān)重要。 為此， 建議對于實施超規(guī)模擴建的500kV 站點，應(yīng)至少有4 回500kV 出線，且分布在不同的輸電通道，確保500kV 接線能夠滿足“N-2”故障下能夠可靠供電［3］。

4.2 過渡方案

為充分利用變壓器降壓容量，2臺并列運行的變壓器的短路阻抗百分比應(yīng)保持一致，因此，本期工程需在站內(nèi)進行主變搬遷，為聊城電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行考慮， 施工過程中聊城站應(yīng)至少有2臺主變在運行，建議采取如下過渡方案：首先新建最東側(cè)的#4主變、短路阻抗為16%；然后將現(xiàn)有東側(cè)12.1%的主變搬遷至最西側(cè)新擴建位置即#1主變位置；最后在#3主變位置新建短路阻抗為16%的主變。

4.3 聯(lián)絡(luò)線設(shè)置

對實施超規(guī)模擴建的220kV 電網(wǎng)片區(qū)，須綜合考慮片區(qū)內(nèi)外聯(lián)絡(luò)線設(shè)置。在與外片區(qū)的聯(lián)絡(luò)線設(shè)置方面， 超規(guī)模擴建后片區(qū)供電能力得到了增強，具備了在外片區(qū)存在故障或檢修狀態(tài)時通過聯(lián)絡(luò)線向外片區(qū)提供支援的能力，此處聯(lián)絡(luò)線設(shè)置需通過整體電網(wǎng)分析加以確定；與片區(qū)內(nèi)部的聯(lián)絡(luò)線設(shè)置方面，因超規(guī)模擴建主變和原有主變是通過片區(qū)內(nèi)220kV 電網(wǎng)相連，因此片區(qū)內(nèi)部必須保證足夠的互聯(lián)能力，能夠保證在主變檢修或故障的情況下互相進行功率支援， 故在超規(guī)模擴建方案確定后，需結(jié)合主變檢修和故障條件下對片區(qū)內(nèi)的聯(lián)絡(luò)線進行校核［4］。

5 結(jié)論

本文結(jié)合聊城變500kV 超規(guī)模擴建工程，比較分析了超規(guī)模擴建的技術(shù)可行性方案和綜合經(jīng)濟效益，得出以下結(jié)論：

1）在以單個500kV 變電站為供電中心的220kV片區(qū)，實施500kV 超規(guī)模擴建可以顯著增強片區(qū)供電能力，具備與新建500kV 變電站可比的技術(shù)性能，且經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。 在與聊城及類似的負荷密集、線路通道資源緊張地區(qū)，具有一定的應(yīng)用前景。

2） 采用500kV 變超規(guī)模擴建模式需特別關(guān)注場地條件、500kV 網(wǎng)絡(luò)可靠性、220kV 電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)置等方面，以保證方案能夠?qū)嵤┣揖邆漭^高的供電可靠性。

［1］山東電力工程咨詢院有限公司.聊城電網(wǎng)存在問題及專題分析［R］.濟南：山東電力工程咨詢院有限公司，2008.

［2］山東電力工程咨詢院有限公司.500kV聊城變電站擴建（第3、4臺主變）工程可行性研究報告［R］.濟南：山東電力工程咨詢院有限公司，2010.

［3］祁萬春，奚巍民，張謙等.應(yīng)用500kV高阻抗變壓器提高220kV片區(qū)供電能力［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，38（14）：96～98.

［4］楊東，劉玉田，牛新生.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對短路水平及受電能力的影響分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（22）：62～67.